使用介电泳力驱动电泳显示器的方法

专利名称：使用介电泳力驱动电泳显示器的方法
使用介电泳力驱动电泳显示器的方法
0001本申请涉及
(a) 美国专利No. 7， 116, 466;
(b) 美国专利/>开No. 2006/0038772;
(c) 美国专利公开No. 2005/0213191;
(b) 美国专利No. 7, 259， 744;和
(c) 美国专利No.7，193，625。
0002本发明涉及用于使用介电泳力驱动电泳显示器的方法。更具体地，本发明涉及用于使用电泳和介电泳力在不同光学状态之间转换基于粒子的电泳显示器的驱动方法。本发明的显示器可以是快门^^莫式显示器(如在下面被限定的该术语)或者是光调制器，也就是指可变透射窗口、反射镜和被设计成调制通过其中的光或其它电磁辐射的量的类似设备；为了方便，这里一般地使用术语"光"，但是该术语应该在广义被理解为包括在非可见波长的电磁辐射。例如，如下面所提到的，可以应用本发明来提供可以调制红外辐射的窗口用于控制建筑物中的温度。更具体地，本发明涉及使用基于粒子的电泳媒质来控制光调制的电光显示器和光调制器。
0003在这里以成像领域中的常规含义使用术语"灰态"，以指示介
于像素的两个极端光学状态的中间的状态，并且不一定是暗示在这两个极端光学状态之间的黑白转变。例如，下面提及的数个专利和公开的申请描述极端状态是白和深蓝的电泳显示器，使得中间的"灰态"实际上是淡蓝。实际上，两个极端状态之间的转变可以根本不是颜色的改变，而是显示器的一些其它光学特性的改变，例如光学透射、反射、荧光或者旨用于机器阅读的显示器的情况下，可以是在可视范围外的电磁波长在反射改变意义下的伪彩色。
0004在这里以本领域中的常规含义使用术语"双稳定的"和"双稳定性"，以指示包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态至少有一种光学性质不同，使得任何给定元件通过具有有限持续时间的寻址脉沖被驱动成呈现其第一或第二显示状态后，在寻址脉冲终止后，该状态将持续至少是改变该显示元件的状态所需寻址脉冲的最小持续时间的几倍时间，例如至少是四倍时间。在美国专利No. 7， 170， 670中示出 一些基于粒子的能够显示灰度级的电泳显示器不仅在其极端的黑和白状态下稳定，而且在其中间的灰态下也稳定，对于其它一些类型的电光显示器同样如此。这种类型的显示器被恰当地称为"多稳态"而不是双稳态，但是为了方^更起见这里使用的术语"双稳态"覆盖双稳态和多稳态显示器。
0005在这里以其传统含义使用术语"脉冲"，以指示电压相对于时间的积分。然而， 一些双稳态电光媒质用作为电荷换能器，并且对于这些媒质可以使用脉冲的可选定义，即电流对时间的积分(等于所施加的总电荷)。根据媒质是否用作电压-时间脉冲换能器或电荷脉冲换能器，应该使用脉冲合适的定义。
0006数年来被大量研究和开发的是基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下穿过流体。与液晶显示器相比较，电泳显示器的优点在于具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗。然而，这些显示器的长期图像质量问题妨碍了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子趋向于沉降，导致这些显示器的使用寿命不够。
0007如上所述，电泳媒质中需要存在流体。在大部分现有技术的电泳媒质中这种流体是指液体，但是电泳媒质可以用气态的流体制成；参见诸如Kitamura，T.等人的"在电子纸类显示器中电子色粉的运动，，("Electricaltoner movement for electronic paper-like display" )， IDW 曰本，2001，Paper HCS1-1和Yamaguchi， Y.等人的"利用带静电的绝缘粒子的色粉显示器 ，， ("Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically" )， IDW日本，2001， Paper AMD4-4。同时参见美国专利公开No. 2005/0001810; 欧洲专利申请1， 462， 847 、 1,482,354 、1,484,635、 1， 500， 971、 1,501,194、 1,536,271、 1, 542,067、 1, 577,702、1， 577， 703和1,598， 694;以及国际申请WO 2004/090626、 W02004/079442和WO2004/001498。这种基于气体的电泳媒质容易遇到跟基于液体的电泳媒质同种类型的由于粒子沉降带来的问题，当々某质用于允许存在这种沉降的方向时，例如用于标牌，其中媒质位于在一个垂直的平板上。事实上，在基于气体的电泳媒质中粒子沉降问题比基于液体的电泳媒质中似乎更严重，这是因为与液态流体相比气态悬浮流体的粘性更低，这使得电泳粒子沉降得更快。
0008转让给麻省理工学院(MIT )和伊英克(E Ink)公司的或在这二者名下的大量专利和申请最近已经公布，它们描述了封装的电泳媒质。这 种封装的媒质包括大量的小嚢，其中每一个小嚢本身包含内相以及环绕内相 的嚢壁，其中所述内相含有悬浮在液体悬浮士某质中的可电泳运动的粒子。典 型地，这些嚢本身保存在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的粘附层。
例如,在美国专利No.5，930，026;5，961，804;6，017，584;G，067,185;
6， 118，426;6，120，588;6，120，839;G，124，851;6，130,773;G，130，774;
6， 172，798;6,177,921;6，232，950;G，249，271;6，252，564;G，262，706;
6， 262，833;6，300，932;6,312，304;G，312，971;6，323，989;G，327，072;
6， 376，828;6，377，387;6，392，785;G，392，786;6,413，790; 422，687;
6， 445，374;6,445，489;6,459,418; 473，072;6，480，182;G，498，114;
6， 504，524;6，506，438;6，512,354;6，515，649;6，518，949;G，521，489;
6， 531，997;6，535,197;6，538，801;6,545，291;6，580，545;6，639,"8;
6， 652，075;6，657，772;6，664，944;6，680,725;6，683，333;6，704，133;
6， 710，540;6，721，083;6，724，519;6，727，881;6，738，050;6，750，473;
6, 753，999;6，816，147;6，819，471;6，822，782;6，825，068;6，825,829;
6， 825，970;6，831,769;6，839，158;6，842,167;6，842，279;6，842，657;
6, 864,875;6,865，010;6，866，760;6，870，661;6，900，851;6，922，276;
6， 950，200;6,958,848;6，967，640;6，982，178;6，987，603;6，995，550;
7， 002，728;7，012，600;7，012，735;7，023，420;7，030，412;7，030，854;
7, 034，783;7,038，655;7,061，663;7，071，913;7，075，502;了,075，703;
7， 079，305;7，106，296;7，109,968;7，110，163;7，110，164;7,116，318;
7， 116，466;7，119，759;7,119,772;7，148，128;7，167，155;7，170，670;
7， 173，752;7,176,880;7,180,649;7，190，008;7，193，625;7，202,847;
7， 202，991;7，206，119;7,223，672;7，230，750;7，230，751;7，236，790;
和7,236, 792;以及美国专利申请乂>开No. 2002/0060321; 2002/0090980
2003/0011560; 2003/0102858; 2003/0151702; 2003/0222315
2004/0094422; 2004/0105036; 2004/0112750; 2004/0119681
2004/0136048; 2004/0155857; 2004/0180476; 2004/0190114
2004/0196215; 2004/0226820; 2004/0257635; 2004/0263947
2005/0000813; 2005/0007336; 2005/0012980; 2005/0017944
2005/0018273; 2005/0024353; 2005/0062714; 2005/0067656
2005/0099672; 2005/0122284; 2005/0122306; 2005/01225632005/0134554; 2005/0151709; 2005/0152018, 2005/0156340;
2005/0179642; 2005/0190137; 2005/0212747; 2005/0213191;
2005/0219184; 2005/0253777; 2005/0280626; 2006/0007527;
2006/0024437; 2006/0038772; 2006/0139308; 2006/0139310;
2006/0139311' 2006/0176267, 2006/0181492, 2006/0181504;
2006/0194619, 2006/0197736, 2006/01977372006/0197738;
2006/02029492006/0223282, 2006/02325312006/0245038;
2006/02564252006/02620602006/02795272006/0291034;
2007/0035532,2007/00358082007/00527572007/0057908;
2007/0069247;2007/0085818;2007/0091417;2007/0091418;
2007/0097489;2007/0109219; 2007/0128352;和2007/0146310;以及国际申请公开No.冊00/38000; WO 00/36560; WO 00/67110;和WO 01/07961; 以及欧洲专利No. 1,099,207 Bl;和1,145,072 Bl中均描述了这种类型的 封装的媒质。
0009已知的封装的和未封装的电泳媒质可以分成两个主要类型，这 里为了方便分别称为"单粒子"和"双粒子"。两种类型的完整描述可以在 国际申请公开No. WO 02/093245中找到。实质上，单粒子媒质只有悬浮在悬 浮媒质中的单一类型的电泳粒子，其至少一个光学特性与粒子的光学特性不 同，而双粒子媒质具有至少一个光学特性不同的两个不同类型的粒子和无色 或有色(典型地为无色)的悬浮流体。两种类型的粒子在电泳活动性方面不 同。单和双粒子电泳显示器都能够具有介于显示器的两个极端光学状态中间
的光学特性的中间灰态。
0010上述许多专利和申请认识到在封装的电泳4某质中的围绕分离微 嚢的壁可以用连续相代替，因而产生所谓的"聚合物分散的电泳显示器"， 其中电泳媒质包括多个电泳流体的分离的小滴以及聚合物材料的连续相，并 且即使分离的嚢膜不与每个单独的小滴相关，但在这样聚合物分散的电泳显 示器内的电泳流体的分离小滴也可以被认为是嚢或微嚢；参见诸如前述的美 国专利No. 6， 866， 760。因此，为了本申请的目的，这种聚合物分散的电泳 媒质被认为是封装的电泳媒质的子类。
0011
一种相关类型的电泳显示器是所谓的"微单元电泳显示器"。 在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不是封装在微嚢中而是保持在形成 于载体媒质(通常是聚合物膜)内的多个腔内。参见诸如美国专利No. 6, 672， 921和6， 788， 449 ，其均转让给Sipix Imaging/>司。
0012虽然电泳媒质通常是不透明的(因为，例如在#^多电泳媒质中 粒子基本阻挡通过显示器的可见光的透射)并且在反射模式下工作，许多电
泳显示器可以制成在所谓的"快门^t式"下工作，在该才莫式下一种显示状态 基本是不透明的而一种显示状态是透光的。参见诸如前述的美国专利 No. 6， 130， 774和6， 172， 798，以及美国专利No. 5， 872， 552、 6,144,361、 6, 271, 823、 6， 225， 971和6， 184, 856。类似于电泳显示器，但是依赖于电场 强度变化的介电泳显示器也可以在类似的模式下工作；参见美国专利 No. 4， 418, 346。其它类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。
0013封装的电泳显示器通常不遭受传统电泳设备的聚集和沉淀失效 模式，并且提供了另外的优点，例如能够将显示器印制或涂覆在各种柔性和 刚性基底上。(使用词语"印制"意在包括但不限于下列所有印刷和涂覆形 式诸如斑块压型涂覆(patch die coating)的预先计量式(pre-metered) 涂覆、狭缝式或挤压式涂覆、坡流式或阶式(cascade)涂覆、帘式涂覆；诸 如辊式刮刀(knife over roll)涂覆、向前和反向辊涂覆的压辊涂覆；照相 凹板式涂覆；浸渍涂覆；喷涂；弯月面(meniscus)涂覆；旋涂；刷涂；气刀 涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺、喷墨印刷工艺；电泳沉 积(参见美国专利^^开No. 2004/0226820)以及其它类似才支术)。因此，所得 到的显示器可以是柔性的。此外，由于显示媒质可以(使用各种方法)被印制， 显示器本身可以廉价地制造。
0014快门模式显示器的一种潜在的重要应用是作为光调制器，也就 是指可变透射窗口 、反射镜和被设计用于调制通过其中的光或其它电磁辐射 的量的类似设备。例如，本发明可以应用于提供调制红外辐射的窗口用于控 制建筑物中的温度。
0015如在前述的2005/0213191中所讨论的，电泳媒质一种潜在的 重要市场是具有可变光透射的窗口。由于建筑和汽车的能源性能变得曰渐重 要，电泳媒质能够^皮用作在窗口上的涂层以使得通过窗口透射的入射辐射的 比例能够通过改变电泳媒质的光学状态来电子控制。这种电子控制能够取代 由通过诸如使用窗帘的入射辐射的"机械"控制。期望在建筑中的这种电子 "可变透射"("VT")技术的有效实施以提供(1)在炎热天气中的不期望的 热效应的减少，从而减少需要用于冷却的能量的量、空调设备的大小和峰值 电需求；(2)自然光的增加使用，从而减少需要用于照明的能量和峰值电需求；以及(3)通过增加热和视觉舒适度来提高的居住者的舒适度。甚至期 望在机动车上产生更大的益处，在机动车中抛光表面与所封闭的体积的比率 明显比普通建筑物大。尤其是，期望在机动车中VT技术的有效实行不仅提 供前述的益处，还提供(1)增加的驾驶安全性，(2)减少的眩光，(3)增 强的反射镜性能(通过在反射镜上使用电光涂层)，和(4 )增加的使用平视 显示器的能力。包括VT技术的其它潜在的应用包括调光玻璃(privacy glass) 和在电子i殳备中的眩光防护。
0016本发明设法为使用电泳和介电泳力的电泳显示器提供改进的驱 动方案。本发明特别地(尽管不是专门地)意欲在这样的显示器中用作光调制 器。
0017迄今，对于其中当包括光调制器的电泳快门模式显示器在它们 的开启和关闭光学状态之间运动时，电泳粒子移动的确切方式似乎相对4艮少 被关注。如在前述的2005/0213191中所讨论的，开启状态是由电泳粒子的 场依存聚合而带来的；这样的场依存聚合可以表现为到嚢或者微单元的侧壁 的电泳粒子的介电泳运动的形式，或者"链"，即在嚢或微单元中的电泳粒 子的串的形成，或可能的以其他方式。不管获得的聚合的确切类型如何，这 种电泳粒子的场依存聚合导致粒子仅占据每个嚢或微单元的可视区域的小 部分，就如同垂直于观察表面(观察者通过其观察媒质)观看所看到的。因 此，在透明状态，每个嚢或微单元的可视区域的主要部分是没有电泳粒子的 并且光能够自由通过。相反的，在不透明状态，电泳粒子遍布每个嚢或微单 元(粒子可以不均匀分布在悬浮液的体中或者集中在邻近电泳层的一个主要 表面的层中)的整个可视区域，使得没有光能够从中通过。
0018前述的2006/0038772描述用于驱动介电泳显示器的各种方法。 特别的，该^Hf描述了一种用于操作介电泳显示器的方法，该方法包括提供 具有限定至少一个腔的壁的基底，该腔具有观察表面；包含在该腔中的流体； 和在流体中的至少一种类型的多个粒子；以及有效施加电场到该基底以引起 粒子的介电泳运动，使得粒子仅占据观察表面的较小部分。
0019本公开还描述一种用于操作介电泳显示器的方法，该方法包括 提供包括流体和在流体中至少一种类型的多个粒子；施加具有第 一频率的电 场至该媒质，从而引起粒子经历电泳运动并产生第一光学状态；并施加具有 比所述第一频率高的第二频率的电场至该媒质，从而引起该粒子经历介电泳 运动并产生与第一光学状态不同的第二光学状态。该方法^t称作为"变频"方法。在这样的方法中，所述第一频率可以不大于约10Hz并且所述第二频 率可以为至少大约100Hz。方便地，电场基本上具有方波或正弦波的形式， 当然也可以使用其它波形。第二频率电场具有比第一频率电场更大的振幅是 有利的。
0020在该变频方法中，以"间断的方式"来施加第二频率电场是明 智的，其中第二频率电场的施加的两个或更多周期被其中没有电场的 一个或多个周期所分开、或被与所施加的第二频率电场波形不同的波形的一 个或多个周期所分开。因此在变频方法的一种形式中，第二频率电场的施加 通过以下来实现施加第二频率电场持续第一周期；此后施加零电场持续一 个周期；并且此后施加第二频率电场持续第二周期。在变频方法的另一个形 式中，第二频率电场的施加通过以下来实现以第一振幅施加第二频率电场 持续第 一周期；此后以比第 一振幅小的第二振幅施加第二频率电场持续 一个 周期；并且此后以第一振幅施加第二频率电场持续第二周期。在变频方法的 第三种形式中，第二频率电场的施加通过以下来实现施加第二频率电场持 续第一周期；此后施加具有比所述第二频率小的频率的电场持续一个周期； 并且此后施加所述第二频率电场持续第二周期。
0021该公开还描述用于操作介电泳显示器的方法，该方法包括提 供包括流体和在流体中至少一种类型的多个粒子；施加具有高振幅、低频率 分量和低振幅、高频率分量的电场至该媒质，从而导致所述粒子经历电泳运 动并产生第一光学状态；以及施加具有低振幅、低频率分量和高振幅、高频 率分量的电场至所述々某质，从而导致所述粒子经历力、电泳运动并产生不同于 第一光学状态的第二光学状态。本方法被称作为"变振幅"方法。在这样的 方法中，低频率分量可以具有不大于大约10Hz的频率，且高频率分量可以 具有至少大约100Hz的频率。该部分可以基本上是方波或正弦波的形式。
0022消费者期望具有可能最宽光学透射范围的可变透射窗口 ，这是 因为这给消费者最大的自由度来改变由可变透射窗口控制的光强级，或者相 反的改变由这样的窗口提供的调光度(degree of privacy )。因为提供窗口 的充分的非透射"关闭"状态(在关闭状态，电泳媒质能够容易地被配置 成基本不透明)通常是不困难的，对于在关闭状态中任意期望程度的不透明 性，最大化光学透射范围通常相当于最大化"开启，，状态透射。影响开启状 态透射的因素包括材料、显示器构造和用于形成窗口的生产工艺，和用于驱 动窗口到它们的开启和关闭状态的方法。0023如已经提到的，前述2006/0038772中描述了用于介电泳显示 器的变频驱动方法，其中所述显示器在引起电泳粒子的电泳运动的第一低频 率处和在引起电泳粒子的介电泳运动的第二高频率处被驱动。这样的驱动方 法能够引起电泳粒子形成邻近嚢、小滴或微单元壁的聚合体，和/或在介电 泳媒质中电泳粒子的链的形成。已经发现，使用恒定高驱动频率驱动显示器 至其开启状态趋向于产生松散包裹的聚合体并因此产生小于最佳开启状态 的光学透射。在该共同未决申请中所描述的各种方法的使用能够产生更紧密 包裹的聚合体并因此产生更具透射性的开启状态。然而，目前已经发现，使 用突然大幅改变的驱动频率的方法可以导致对显示器的观察者可见的令人 讨厌的闪烁(即，光学透射中的快速改变)。
0024前面提到的美国专利No. 7， 116， 466和/>开No. 2006/0256425 描述了一种电泳显示器，包括具有悬浮在悬浮流体中的多个带电粒子的电 泳媒质和布置在电泳媒质的相对側上的两个电极，至少一个电极为光透射的 并形成观察者能够通过其观察显示器的观察表面，该显示器具有关闭光学状 态和开启光学状态，该关闭光学状态中带电粒子基本散布整个观察表面以使 得光不能通过电泳媒质，该开启光学状态中电泳粒子形成在电极之间延伸的 链以使得光能够通过电泳媒质，该显示器还包括布置在电极和电泳媒质之间 的绝缘层。该专利和申请表明，该显示器可以包括用于施加电压至两个电极 的电压源装置，该电压源装置被布置为供应高频率交流电压以起到驱动显示 器至其开启光学状态的作用和供应低频率交流电压或直流电压以起到驱动 显示器到其关闭光学状态的作用；电压源装置可以被布置为供应具有介于所
述高频率交流电压和所述低频率交流电压或直流电压之间的频率的至少一 个中间频率的交流电压，该中间频率交流电压起到驱动该显示器至介于显示 器的开启和关闭光学状态之间的灰态。
0025本发明提供在前述的美国专利No. 7， 116， 466中描述的可变频 率驱动方法的改进，其减少或消除了闪烁。本发明的改进的驱动方法还改善 在开启状态的光学透射。
0026本发明还涉及改进在介电泳显示器中用于连接显示器电极至电 压源的导体。
0026因此，在一个方面本发明提供用于操作介电泳显示器的方法， 该方法包括
提供包括流体和在流体中至少一种类型的多个粒子的介电泳媒质；施加具有第 一频率的电场至所述媒质，从而引起所述粒子经历电泳运
动并产生第一光学状态；
施加具有比所述第一频率高的第二频率的至少一个电场至所述媒质，
从而引起所述粒子经历介电泳运动，并且
施加具有比所述第二频率高的第三频率的电场至所述媒质，从而引起
所述粒子经历介电泳运动并产生与所述第一光学状态不同的第二光学状态。
0028本方法特征在于在所述第一和第三频率场之间使用多个中间频 率电场，使得在转变范围中(如下面所限定的)在连续施加的电场之间的频 率阶跃不超过所述第 一和第三频率之间总频率差异的10°/。。
0029为了方便下文中将本发明的该方法称为"频率阶跃方法"。如 已经指出的，该频率阶跃方法利用在用于产生粒子的电泳运动的第一低频率 (其可以是直流)电场和用于产生介电泳运动的第三高频率之间的多个第二 或中间频率。换句话说，当从显示器的低频率(关闭)状态到高频率(开启) 状态移动时，频率阶跃方法包括至少三个"频率阶跃"。然而，通常期望多 于三个频率阶跃。
0030已经发现，为了优化用作可变透射窗口或类似光调制器的介电 泳显示器的驱动，需要密切地控制显示器的操作电压和在显示器的转换中所 施加的驱动频率相对于时间的变化。因为VT窗口典型地为大面积显示器， 并且所使用的VT媒体相对薄，在媒体的每侧上的电极分开(比如说)100 jam的情况下，则在电才及之间存在相当大的电容，并且在对该电容充电和i文 电中浪费了相当大的能量，尤其是在高频率操作期间。因为能量浪费与操作 电压的平方成比例，期望保持操作电压尽可能低的同时保持好的开启和关闭 状态。已经发现，实际上随着增加操作电压，开启和关闭状态稳定地提高直 到一定电压，在此之后电压的进一步增加不会产生开启和关闭状态的任何进 一步相当大的提高。因此，可能限定一个最佳驱动电压，该最佳驱动电压是 达到与能够由更高驱动电压所实现的最大和最小开启和关闭状态的透射的 差异不大于1%的开启和关闭状态所需要的最小驱动电压。实际上，通常发 现最佳驱动电压为大约100-150伏特。例如，在一个系列实验中，发现VT 显示器在60伏特和低频率处给出10%的关闭状态透射，而在相同电压和高 频率处给出60%开启状态透射。在100伏特处相应的透射分别为8%和62%， 在120伏特处分别为5%和65%,而在200伏特处分别为4%和66%。(在200伏特以上观察到在开启和关闭状态中基本没有进一步改变)。在该显示器中，
最佳驱动电压是120伏特。
0031应该说明的是，在VT显示器的开启和关闭状态之间的转变通 常是高度不对称的，使得显示器的关闭能够使用基本上比开启相同显示器低 的电压来实现。在这样的情况下，可能限定两个不同的最佳驱动电压， 一个 用于开启而一个用于关闭，并且确实可以^使用用于开启和关闭的不同驱动电 压来方便地操作VT显示器，带来巨大的能量节约但在驱动电路中有一些附 加成本。在这样的情况中，下文中"最佳驱动电压"是指开启和关闭最佳 驱动电压中的较高者。
0032还发现，对于任意给定驱动电压，可能限定产生最小光学透射 而没有令人反感的闪烁的最佳关闭状态频率。下文中"最佳关闭状态频率" 是指在最佳驱动电压处测量的最佳关闭状态频率，如在上面所限定的。典型 地，最佳关闭状态频率是在15和100Hz之间，最常用的是在20和40Hz之 间。
0033类似地，可能限定最佳开启状态频率作为最小频率，如上面所 限定的，当其在最佳驱动电压处被应用时，产生在最大光学透射的1°/。内的 光学透射，所述最大光学透射能够在较高频率和相同的最佳驱动电压处实 现。因为上面已经说明过的原因，当然期望保持最佳开启状态频率尽可能低 以最小化在操作中的能量消耗。
0034已经发现，本发明的频率阶跃方法中存在特定的频率范围，在 该频率范围中频率随时间的改变必须被谨慎地控制以确保最佳开启状态。所 获得的开启状态典型地对在从最佳关闭状态频率到该频率的两倍的范围内， 和在从最佳开启频率的一半到该开启状态频率本身的范围内的频率随时间 的变化不敏感。然而，在经验地限定为从最佳关闭状态频率的两倍到最佳开 启状态频率的一半的转变范围中，所获得的开启状态取决于频率随时间的变 化。在该转变范围中，频率阶跃应该保持小，小于所使用的最佳关闭和开启 状态频率之间总频率差异的大约10°/。，优选地小于大约5%，并且最期望小于 大约1%。实际上，已经发现期望保持单个频率阶跃相当的小(例如，大约 lHz)，以使得在转变范围内频率随时间的变化基本上是连续的。所使用的各 种频率可以在算术或几何序列中。
0035在转变范围之外，频率阶跃可以相对大而对产生的开启状态基 本上没有影响。例如，在一些情况中，在单一阶跃中从最佳关闭状态频率跳跃到该频率的两倍(转变范围的开始)和在单一阶跃中从最佳开启状态频率 的一半(转变范围的结束)跳跃到该最佳开启状态频率没有对产生的开启状 态造成不利地影响。
0036如已经提到的，介电泳显示器的开启和关闭状态之间的转变是 不对称的，并且根据转变的方向频率阶跃的效果不同；开启状态的透射典型 地对在关闭至开启转变期间所使用的频率阶跃高度敏感，而关闭状态的质量 对在开启至关闭转变期间所使用的频率阶跃相对不敏感。按照发明人对关闭 和开启状态的本性的当前理解，这是可以解释的(尽管发明绝对没有受该解 释所限制)，如参考在本申请的第一段中所提到的申请中所陈述的那样。介 电泳显示器的关闭状态仅需要将电泳粒子基本上均匀地分散在围绕它们的 流体中，并且该需要的分散通过在用以产生关闭状态的低频率处占主导的电 泳力来实现。关闭该显示器仅仅需要打破存在于开启状态中的任何聚合体以 使得在关闭状态中粒子变成均匀分散的，并且如果达到基本均匀的粒子分 散，不期望这样的聚合体的打破对所使用的电压对时间的曲线敏感。
0037然而，显示器的开启是不同的。实质上，显示器的开启需要粒 子从均匀分散移动到许多分离的聚合体，并且为了提供良好的开启状态该聚 合体应该占据显示器面积的尽可能小的比例。实际上，这意味着期望形成一 些大聚合体，并且在微腔显示器(这里所使用的术语用来指其中的粒子和围 绕的流体被限制在连续相中的多个分离的腔内的显示器；该术语因此覆盖了 基于嚢的、微单元和聚合物分散的显示器)的情况下，粒子应该尽可能远地 被移动到腔的側壁而不是形成与所述壁间隔的聚合体。形成这样的大聚合体 取决于粒子-粒子的相互作用，以及在电场下单个粒子之间的相互作用，并 且因此开启状态的质量可能受在开启显示器期间使用的频率对时间曲线的 影响也就不令人惊讶了。
0038考虑到显示器开启和关闭之间的不对称，本发明的频率阶跃方 法对于两个转变所使用的相同频率对时间曲线不必相同。实际上，至少在一 些情况中，当关闭显示器时不必使用频率阶跃方法，这是因为直接从开启最 佳频率变换到关闭最佳频率可以给出满意的结果。
0039在本发明的频率阶跃方法中，施加每个中间频率的周期可以大 范围改变。在使用大量中间频率的情况下，可以施加每个中间频率持续非常 短的时间，比如说大约0. 05秒，以模拟连续频率改变。在其他情况下，维 持特定频率持续较长周期可能是有用的。例如，如果所使用的驱动电路不允许频率的细微变化，使得仅有限数量的中间频率可用，可能期望以(比如说)
0.05秒的间隔快速地阶跃通过转变范围之外的中间频率，而维持转变范围 内的中间频率持续(比如说)0. 5或1秒的较长周期。
0040本发明的频率阶跃方法中，第一、第二和第三频率电场可以均 以基本上相同的振幅被施加，或可以以比低频率场更大的振幅施加较大频率 场，以使得例如可以以比笫一频率场大的振幅施加第三频率场。
0041本发明还提供一种介电泳显示器包括
包含流体和在所述流体中的至少一种类型的多个粒子的介电泳媒质； 布置成用于施加电场至介电泳媒质的至少一个电极；和 用于控制由所述至少一个电极施加的电场的电场控制装置，所述电场控 制装置被布置成用于施加具有第一频率的电场，该第一频率电场引起粒子经 历电泳运动并产生第一光学状态；具有比所述第一频率高的第二频率的至少 一个电场，其引起粒子经历介电泳运动，和具有比所述第二频率高的第三频 率的电场，其引起粒子经历介电泳运动并产生与所述第一光学状态不同的第 二光学状态。本发明的显示器的特征在于所述电场控制装置被布置成用于 施加在所述第一和第三频率场之间的多个中间频率电场，以使得在转变范围 中(如这里所限定的)在接续施加的电场之间的频率阶跃不超过所述第一和 第三频率之间总频率差异的10%。
0042本发明延伸到包括本发明的显示器的可变透射窗口、光调制器、 电子书阅读器、便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标牌、手 表、货架标签或闪存驱动器。
0043本发明还提供一种介电泳显示器，包括 包含流体和在所述流体中的至少一种类型的多个粒子的介电泳媒质， 在施加电场至介电泳媒质的情况下所述粒子可以移动通过所述流体；
与所述介电泳媒质邻近安置的至少一个光透射电极以便可以通过所述 光透射电极观察所述介电泳媒质；和
从光透射电极向电压源延伸的导体，所述导体具有比光透射电极更高的 电导率，所述导体在至少两个间隔开的点处与所述光透射电极接触。
0044为了方^更，这个类型的显示器在下文中可以称为本发明的"多 点接触，，显示器。在这样的介电泳显示器的一种形式中，介电泳媒质和光透 射电极是矩形的并且导体被布置成与光透射电极基本上在电极的每个边缘 的中点处接触。当介电泳媒质和光透射电极足够大以使如果导体仅在单一点连接至光透射电极则在介电泳媒质上存在与所述单一连接点距离至少
200mm的至少一个点时，本发明的介电泳显示器尤其有用。
0045导体可以为基本上围绕光透射电极的整个外周延伸的导电迹线 的形式。由于下面所解释的原因，导体的电导率是重要的并且在许多情况下， 导体应该具有不大于1欧姆/平方的电阻率。光透射电极可以包括铟锡氧化 物。介电泳显示器可以表现为在介电泳媒质的两側上具有光透射电极的可变 透射窗口的形式。然而，本发明的介电泳显示器的使用不限于可变透射窗口； 介电泳显示器可以用在之前曾经使用介电泳显示器和电泳显示器的任意应 用中。因此，本发明例如还提供包括本发明的显示器的电子书阅读器、便携 式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签或闪存 驱动器。
0046附图的

图1是仅使用单一中间频率的现有技术的频率阶跃方 法的示意性电压对时间曲线。
0047图2和3示出本发明的两个频率阶跃方法的两个不同的频率 对时间曲线。
0048图4示出现有技术显示器的等效电路和低频率驱动中的电压 对位置曲线。
0049图5示出了与图4的那些类似的等效电路和电压对位置曲线， 但示出了与图4中相同的现有技术显示器的高频率驱动期间的情况。
0050图6示出了与图5的那些类似的等效电路和电压对位置曲线， 但示出了本发明的多点接触显示器的高频率驱动期间的情况。
0051如在上面所指出的，本发明提供用于驱动介电泳显示器的频 率阶跃方法(以及使用该方法的相应显示器)和多点接触显示器。本发明的 这两方面将在下面分别地进行主要描述，但是应该理解，单个物理显示器可 以使用本发明的两方面。实际上，由于下面所解释的原因，对于使用频率阶 跃方法驱动的显示器也使用多点接触构造是有利的。
0052本发明的频率阶跃方法是用于操作介电泳显示器的方法，该 介电泳显示器是前述的美国专利No. 7, 116,466的变频驱动方法的变形。本 发明的方法中，不仅使用引起粒子经历电泳运动并产生第一光学状态的低频 率，以及引起粒子经历介电泳运动并产生与第一光学状态不同的第二光学状 态的高频率来驱动显示器，而且还使用至少多个中间频率来驱动该显示器。 因此，在一系列阶跃中而不是如现有技术的方法中的仅在两个阶跃中实现使从电泳到介电泳的粒子移动的改变所需要的频率的增加。
0053虽然频率阶跃方法能够仅使用一些频率阶跃来实现，但是期望 使用大量的频率阶跃，这是因为(本发明人已经发现)单个频率阶跃越小， 观察者越不可能观察到闪烁。理论上，期望通过连续地改变电场的频率来实 现从显示器的低频关闭状态到高频开启状态的转变，没有离散的频率阶跃。 然而，这样的连续频率改变一般不能利用通常用于驱动电光显示器的类型的 驱动电路来实现。因此，实践中通常使用连续施加的离散频率来实现频率阶 跃方法，但仍然期望保持单个频率阶跃小，使得介电泳媒质实际上经历驱动 频率的逐渐增加。
0054如在上面所讨论的，尽管施加每个频率的最佳周期随着驱动电 路的特性和所使用的特定介电泳媒质而改变，但是施加每个频率的周期也是 重要的。期望给观察者在光学透射中的光滑连续改变的印象而不是一系列离 散阶跃。当频率改变时振幅(即，施加在显示器上的电压)可以或不必保持 恒定，但是使用恒定的振幅一般是优选的，这是因为这便于使用更简单的驱 动电路。另一方面，由于低频率阶跃通常在较低电压处执行良好，因此在低 频率阶跃中使用较低电压将减少显示器的总功耗。
0055附图的图1示意性示出了对于一个现有技术的频率阶跃方法的 电压与时间曲线。如在图1中所示，使用方波交流电压驱动显示器，在频率 t持续时间tn然后在较高的频率f2持续时间t2，此后在更高的频率t持续 时间t3。
0056相反地，下表示出了用于驱动介电泳显示器从其关闭到其开启 状态的本发明的更典型的波形。
0057
表
频率(Hz)持续时间(秒)
1000. 2
1250. 2
1500. 2
1750.2
2000. 2
2250. 2
2500. 22750, 2
3000. 2
3250. 2
3500. 2
3750. 2
4000. 2
4250. 2
4500. 2
4750. 2
5000. 0058从该表可以看出该优选的波形阶跃从100Hz到500Hz,在16个 分离的每个25Hz的阶跃中，每个阶跃之间的周期为0. 2秒。已经发现这样 的驱动频率的逐渐增加导致显示器在开启状态中提高的(增加的)透射。基 于显微观察，可以相信(虽然本发明绝不被该理念所限制)该提高的透射是 由于嚢的壁或小滴处改进的色素包装。采用大量的以这种方式的较小频率阶 跃还提供了从显杀器的关闭到开启状态的快速且光滑转变；观察者看不到单 个小阶跃，反之当仅使用单独大阶跃或者少量的大阶跃时，观察者可以看见 在转变期间的不期望的闪烁。
0059图2和图3示出对于本发明的均在恒定电压下操作的两个不同 频率阶跃方法的频率对时间的曲线。在图2和图3中，假定介电泳媒质具有 30Hz的最佳关闭频率和1000Hz的最佳开启频率，这些是在实践中得到的典 型频率。因此，在每种情况下转变范围是60-500Hz。在图2的方法中，施 加277个不同频率，每个频率持续0. 05秒，频率随时间成指数地增加。可 以看到显示器在转变范围中花费了开启转变的总计14秒中的大约8秒，并 且已经发现在转变范围中的该驻留时间足以提供良好的开启状态。
0060图3示出了频率对时间的曲线，利用简单电路该曲线比图2的 指数频率曲线更容易实现。在图3中，频率快速地从最佳关闭频率30Hz增 加到在三个阶跃中的转变范围的较低端的60Hz,每个频率被施加了 0. 2秒。 在转变区域，频率以许多非常小的频率阶跃(合适的，1Hz)线性地增加， 施加每个频率为0. 03秒的最小周期。 一旦频率达到转变区域的上限500Hz,则该频率以50Hz的阶跃上升，施加每个频率为0. 2秒。该频率对时间曲线 允许显示器在转变范围中花费了 16秒的总转变时间中的多于13秒，并且产 生非常接近于最佳的开启状态。
0061本发明的频率阶跃方法和使用该方法的显示器能够包括前述美 国专利No. 7,116,466和2006/0038772中所描述的驱动方法的任意可选特 征。因此，例如频率阶跃方法可以包括零电压的周期和驱动电压的振幅的改 变。显示器可以配有布置在电极和介电泳媒质之间的绝缘层。这样的绝缘层 可以具有大约109到大约10"欧姆厘米的体电阻率。在一些情况下，远离观 察表面的绝缘层可以由粘附层形成。围绕粒子的流体可以已溶解或已分散在 聚合物中，该聚合物在悬浮流体中的本征粘度为ri并且基本不受在悬浮流体 中的离子或离子化团的影响，存在于悬浮流体中的该聚合物的浓度从大约 0. 5rT'至大约2. 0tT1。聚合物可以是聚异丁烯。该显示器可以包括与显示 器邻近的彩色阵列以便其对观察者为可视的，使得被观察者感知到的显示器 的颜色能够通过改变显示器的各个像素的开启和关闭光学状态而改变。
0062本发明的频率阶跃方法能够产生至完全开启的、高透射状态的 光滑且快速的转变，并且还可以被用于驱动显示器至中灰度级，即至介于完 全开启和完全关闭状态之间的光学状态。
0063本发明的第二方面涉及一种方法，该方法中光透射电极(通过 其观察电泳或介电泳显示器)被连接至电压源。如在前述的数个E Ink和 MIT的专利和申请中所讨论的，电泳媒质典型地具有大约10"欧姆厘米的高 体电阻率，使得当横跨媒质施加DC电场时，提取的电流非常低并且仅由通 过媒质的电泄漏产生。然而，当施加AC电场时电泳媒质用作为电容器，其 在每个交流电流的半周期中被充电和放电。换句话说，电泳媒质的阻抗与驱 动频率成反比例，并且在高频工作期间流动的电流比直流驱动期间流动的电 流大得多。
0064通常用于形成电泳和介电泳显示器中的光透射电极(其典型地 是延伸跨过整个显示器的单个电极)的材料具有适中的电导率；例如锢锡氧 化物(ITO)具有大约300欧姆/平方的电导率。因此，当大显示器(例如， 11*14英寸或279*355腿)在高频率处被驱动时，在光透射电极中的用以连 接该光透射电极至电压源的导体接触该光透射电极的所在点、与在远离该导 体的光透射电极上的点之间能够发生相当大的电压降。(该导体不需要是光 透射并且典型地是金属迹线，其通常具有比光透射电极的电导率大得多的电导率)
0065附图的图4和5示出了这样的显示器在DC和高频AC驱动期间 的不同情况。图4示出在DC (或非常低的频率的AC)驱动期间的情况。电 泳媒质实际上用作为一系列的电容器(严格地讲，为与非常高阻抗的电阻器 并联的一系列电容器，但这对于本发明的目的而言没有实质性差异)，并且 在光透射层中基本上没有电压降。相反地，图5示出在高频AC驱动期间的 情况。电泳媒质用作为一系列与光透射电极的内电阻串联的电阻器，并且在 光透射电极中发生相当大的电压降，使得在该电极上的电压根据与导体的距 离而变化。
0066在光透射电极中电极电压的变化是不期望的，这是因为它们在 意图受相同电场的同一显示器的不同部分中产生不同的电场，并且因此导致 显示器的不同部分以不同速率转换。例如，如果将显示器从(比如说)白色 背景上的黑色文本重写至纯黑色，在光透射电极中电极电压的变化将引起可 见的"波"，其中与导体最接近的白色背景部分将首先转换，而与该导体相 距较远的部分将随后转换。这样的波伪像通常是令显示器的用户讨厌的。
0067
一种减少这样的可见的伪像的方法是提供更导电的光透射电 极。然而，在当前技术状况下，这样的较高导电性的实现是以牺牲电极的光 学透射为代价的。另外，用于形成光透射电极的许多材料，例如ITO是着色 的，并且通过增加其厚度来增加的光透射电极的导电性可能会导致显示器的 不期望的着色。
0068才艮据本发明，导体在多个间隔开的点处#1连接到光透射电极。 例如，在矩形显示器中，导体能够被布置为在电极的每个边缘的中点处与光 透射电极接触。本发明在足够大的显示器中尤其有用，所说的足够大是指显 示器上的至少一个点与单个导体连接点的距离为200mm或更大。实际中，在 建筑中使用的大多数可变透射窗口将至少这么大。在本发明的优选的形式 中，导体具有以围绕光透射电极的整个外周或大体整个外周延伸的导电迹线
的形式。这将导体尽可能地靠近显示器的有源区域中的所有点放置，因此最 小化在高频驱动期间的转换非一致性，而不牺牲光透射或产生不期望的颜 色。这样的导电迹线应该具有尽可能高的电导率；例如，已经发现丝网印刷 具有电导率为大约0. 02欧姆/平方的银漆在多达11*14英寸(279*355mm) 的显示器上产生一致性的转换，然而丝网印刷具有电导率为大约15欧姆/ 平方的碳漆在这样大的显示器上不能令人满意。供围绕显示器的外周的导电迹线的效 果。因为光透射电极的整个外周与导电迹线接触，整个外周保持在迹线的电 压V处。对比图5和图6，可以看到在图6中所示的本发明的显示器中的在 光透射电极的间隔开的点处存在的电压之间的最大差异与在图5中所示的
现有技术显示器中的相比小很多。
0070本发明不仅提供在大显示器中的更一致性的转换，还由于在光
透射电极中的减少的电阻热而提高了显示器的可靠性和耐用性。应该理解， 可变透射窗口具有在电泳媒质的相对侧上的两个光透射电极，并且在这样的 窗口中通常期望应用本发明到这两个光透射电极，但是我们并不完全排除将 本发明仅应用到这两个光透射电极中的一个的可能性。然而，本发明的使用 不限于可变透射窗口；本发明能够被应用到具有一个光透射电极和一个或多 个不透明电极的显示器，例如用在电子书阅读器和类似设备中的显示器，以 在当其需要或者期望使用需要高频率驱动的驱动方案时改善在这样的显示 器中的转换的一致性。
权利要求
1.一种用于操作介电泳显示器的方法，该方法包括提供包括流体和在所述流体中至少一种类型的多个粒子的介电泳媒质；施加具有第一频率的电场至所述媒质，从而引起所述粒子经历电泳运动并产生第一光学状态；施加具有比所述第一频率高的第二频率的至少一个电场至所述媒质，从而引起所述粒子经历介电泳运动，和施加具有比所述第二频率高的第三频率的电场至所述媒质，从而引起所述粒子经历介电泳运动并产生与所述第一光学状态不同的第二光学状态；所述方法的特征在于在所述第一和第三频率电场之间使用多个中间频率电场以使得在转变范围中(如这里所限定的)在连续施加的电场之间的频率阶跃不超过所述第一和第三频率之间总频率差异的10％。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在转变范围中在连续施加的电 场之间的频率阶跃不超过所述第一和第三频率之间总频率差异的5%。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中在转变范围中在连续施加的电 场之间的频率阶跃不超过所述第一和笫三频率之间总频率差异的1%。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中在转变范围中的频率阶跃比在 转变范围外的频率阶跃小。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一、第二和第三频率电 场均以基本相同的振幅^皮施加。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第三频率电场以比所述第 一频率电场更大的振幅^皮施加。
7. —种介电泳显示器，包括包括流体和在所述流体中的至少一种类型的多个粒子的介电泳媒质； 布置成用于施加电场至所述介电泳媒质的至少一个电极；和 用于控制由所述至少一个电极施加的所述电场的电场控制装置，所述 电场控制装置被布置用于施加具有第一频率的电场，其引起所述粒子经历 电泳运动并产生第一光学状态；具有比所述第一频率高的第二频率的至少一个电场，其引起所述粒子经历介电泳运动，和具有比所述第二频率高的 第三频率的电场，其引起所述粒子经历介电泳运动并产生与所述第一光学 状态不同的第二光学状态，所述显示器的特征在于，所述电场控制装置被布置成用于施加在所述 第一和第三频率电场之间的多个中间频率电场，以使得在转变范围中(如 这里所限定的)在连续施加的电场之间的频率阶跃不超过所述第一和第三频率之间总频率差异的10%。
8. —种包括根据权利要求7所述的显示器的可变透射窗口、光调制 器、电子书阅读器、便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标 牌、手表、货架标签或闪存驱动器。
9. 一种介电泳显示器，包括包含流体和在所述流体中的至少一种类型的多个丰立子的介电泳i!某质， 在施加电场至介电泳媒质的情况下所述粒子移动通过所述流体；与所述介电泳媒质邻近安置的至少一个光透射电极，通过所述光透射 电极能够观察所述介电泳媒质；和从所述光透射电极向电压源延伸的导体，所述导体具有比所述光透射 电极更高的电导率，所述介电泳显示器的特征在于所述导体在至少两个间 隔开的点处与所述光透射电极接触。
10. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其中所述介电泳媒质和所 述光透射电极是矩形的，并且所述导体被布置成基本上在所述电极的每个 边缘的中点处与所述光透射电极接触。
11. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其中所述介电泳媒质和所 述光透射电极足够大以使如果该导体仅在单一点处连接到该光透射电极， 则在该介电泳々某质上存在与所述单一点距离至少200mm的至少一个点。
12. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其中所述导体具有基本围 绕所述光透射电极的整个外周延伸的导电迹线的形式。
13. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其中所述导体的电阻率不 大于大约1欧姆/平方。
14. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其中所述光透射电极包括 铟锡氧化物。
15. 根据权利要求9所述的介电泳显示器，其表现为在所述介电泳媒 质的两侧上具有光透射电极的可变透射窗口的形式。
16. —种包括根据权利要求9所述的显示器的光调制器、电子书阅读 器、便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架 标签或闪存驱动器。
全文摘要
一种介电泳显示器，其从低频率关闭状态经多个中间频率状态变换到高频率开启状态；这样的多个频率阶跃的使用减少了在转变中的闪烁。第二种类型的介电泳显示器具有通过其能够观看到介电泳媒质的光透射电极和在数个点处连接至该光透射电极的导体以减少在该光透射电极中的电压改变。
文档编号G09G3/34GK101601080SQ200880003952
公开日2009年12月9日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年2月2日
发明者G·G·哈里斯, 小R·J·保利尼 申请人:伊英克公司